CC BY
40
УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ И НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ОЧАГОВ ИНТЕНСИВНОЙ КОНВЕКЦИИ
С.Л. Кирносов, преподаватель Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
С.В. Ефимов,
Воронежский институт ГПС МЧС России,
Конвективные движения в атмосфере широко распространены. Они возникают в результате особого рода неустойчивости воздуха, известной как статическая или конвективная неустойчивость. Конвективная неустойчивость характеризуется тем, что частица, сместившаяся по вертикали относительно исходного уровня (на котором она находилась в равновесии), под действием силы плавучести не возвращается на этот уровень, а продолжает удаляться от него. Причиной является вертикальная стратификация атмосферы: температура в окружающем воздухе падает с высотой быстрее, чем в адиабатически поднимающейся частице, и последняя, таким образом, оказывается теплее окружающего воздуха на всех уровнях выше исходного. Другими словами, в статически неустойчивом ненасыщенном воздухе вертикальный градиент температуры больше сухоадиабатического (у > уа), а в насыщенном - больше влажноадиабатического (у > ува). Конвективные движения черпают свою кинетическую энергию из потенциальной энергии неустойчиво стратифицированного воздуха. Атмосферная конвекция чаще наблюдается и бывает наиболее интенсивной в зонах атмосферных фронтов, где действует вынуждающий эффект восходящих движений; интенсивная внутримассовая конвекция наблюдается значительно реже. Фронтальная конвекция нередко развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками. В таких случаях кучево-дождевые облака (СЬ) бывают скрыты от наземного наблюдателя, однако они обнаруживаются радиолокационными наблюдениями. Конвекция неодинаково развивается над морем и сушей, над ровной и гористой местностью. Известно, что чем однороднее подстилающая поверхность, тем реже над ней развиваются очень интенсивные конвективные очаги. Так, грозы и град над морем бывают значительно реже, чем над сушей. Конвективные облака над сушей намного сильнее отличаются друг от друга по размерам и интенсивности, чем над морем. Если рассматривать спектры размеров облаков, то над сушей они окажутся более широкими, чем над морем. Даже небольшие возвышенности приводят к интенсификации конвекции, прежде всего к регулярному увеличению конвективных осадков. Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции, в ряде случаев сильно увеличивая ее повторяемость и интенсивность. Аналогичный, но более слабый эффект имеет увеличение шероховатости подстилающей поверхности. В частности, интенсивность конвекции заметно увеличена над крупными городами, что проявляется главным образом в увеличении повторяемости сильных ливней, гроз и града. Наибольшую опасность для авиации представляет интенсивная конвекция, при которой образуются кучево-дождевые облака. Слабая конвекция также в определенной степени влияет на
условия полета, поскольку она сопровождается развитием термической турбулентности, усилением ветра и увеличением сдвигов ветра. Основные опасные для авиации явления - сильная турбулентность, вертикальные движения с большими скоростями, большие сдвиги ветра, грозы, град, шквалы - связаны с облаками СЬ. Согласно принятой ВМО классификации выделяют три типа ку-чево-дождевых облаков: одноячейковые, многоячейковые и облака типа сверх-ячеек (суперячеек). Охарактеризуем кратко каждый из этих типов. Одноячейко-вые облака СЬ развиваются в дни со слабым ветром в малоградиентных барических полях. Они состоят из одной конвективной ячейки с восходящим потоком в центральной части и имеют осесимметричную форму. Эти облака могут достигать грозовой и градовой интенсивности, однако после выпадения осадков они быстро разрушаются, так как выпадающие осадки подавляют восходящие потоки и стимулируют нисходящие, что ведет к разрушению ячейки. Продолжительность жизни таких СЬ около 1 ч, верхняя граница достигает уровня 8-12 км, поперечный размер 5-20 км. Одноячейковые облака СЬ составляют 20-30 % всех наблюдаемых СЬ, из которых выпадает град.
Более мощные и долгоживущие облака СЬ состоят из нескольких конвективных ячеек, находящихся на разных стадиях развития. Они имеют поперечные размеры 20-40 км, их вершины нередко поднимаются до тропопаузы и проникают в стратосферу. В таких облаках новые ячейки образуются на их правом фланге относительно направления перемещения облачной системы и по мере развития смещаются влево.
Методы прогноза гроз и града
Из большого количества существующих методов прогноза гроз и града многие являются разновидностями так называемого метода частицы, основанного на анализе вертикального адиабатического перемещения частицы воздуха в покоящейся среде. Подъемная сила, действующая на частицу, пропорциональна разности плотностей окружающей среды и данной частицы. Эта сила сообщает частице ускорение, пропорциональное на каждом данном уровне разности температур частицы и окружающего воздуха. Если частица на каждом уровне внутри какого-либо слоя оказывается теплее окружающего воздуха, то она будет ускоренно подниматься через этот слой и на его верхней границе будет обладать кинетической энергией, называемой энергией статической неустойчивости. Далее предлагается рассмотреть наиболее распространенные способы прогноза гроз и града.
Метод Лебедевой Н.В.
С помощью этого метода прогнозируется конвекция в часы ее максимального развития (т.е. в 15-16 ч местного времени). В качестве исходного материала используются карты погоды и барической топографии за 03 и 15 часов текущего дня и карты диагностических вертикальных движений; на их основании строятся прогностические кривые распределения температуры и точки росы по высоте с учетом вертикальных движений на поверхностях 850, 700 и 500 гПа. Затем построенные кривые достраиваются до подстилающей поверхности с учетом дневного прогрева. В качестве приземной точки росы Тd при однородном поле влажности используется ее максимальное значение в 8-10 ч местного
времени в пункте прогноза. При неоднородном поле влажности определяется адвективное значение Тd к 15-18 ч. После этого определяется тип конвекции, который, как можно ожидать, разовьется при прогнозируемой стратификации. Н.В. Лебедева выделяет три типа конвекции:
• термическая конвекция, включающая три случая: условно-неустойчивая стратификация (уа > у > ува) выше пограничного слоя; над пограничным слоем задерживающий слой (у < ува) ограниченной толщины; над пограничным слоем устойчивый воздух (у < ува) до больших высот;
• свободная конвекция: у > уа выше пограничного слоя;
• вынужденная конвекция: у > ува, Т = Тd в значительном слое.
Метод Решетова Г.Д.
Ориентированный преимущественно на прогноз гроз и града на фронтах, этот метод разработан специально для целей обслуживания авиации и предусматривает, кроме прогноза наличия или отсутствия грозы и града, также прогноз важных для авиации величин: размеров градин у земли, в облаках и в их окрестностях. Для составления прогноза выполняются следующие операции.
1. Оценка характера ожидаемой синоптической ситуации.
Дальнейшие расчеты целесообразны, если пункт прогноза находится в
зоне быстро движущегося холодного фронта, малоподвижного фронта с волнами, фронта окклюзии, в зоне неглубокой барической ложбины, в теплом секторе циклона или на периферии антициклона, в передней или централ ь-ной части ложбины или замкнутого очага холода на картах ОТ 500/1000 и ОТ 300/1000. Для развития ночных гроз благоприятно прохождение теплых фронтов и фронтов окклюзии.
2. Выполняется прогноз профилей температуры и точки росы до уровня 100 гПа, построение кривой состояния и расчет предикторов, по которым дается прогноз грозы и града.
Список использованной литературы:
1. Методические указания и рекомендации к «Учебному метеорологическому атласу». Л.: Гидрометеоиздат, 1996.
2. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. Л.: Гидрометеоиздат, 1995.
